El poliuretano termoplástico ( TPU ) es un tipo de plástico de poliuretano con muchas propiedades, entre ellas elasticidad , transparencia y resistencia al aceite, la grasa y la abrasión. Técnicamente, son elastómeros termoplásticos que consisten en copolímeros en bloque segmentados lineales compuestos de segmentos duros y blandos.
El TPU es un copolímero en bloque que consiste en secuencias alternadas de segmentos o dominios duros y blandos formados por la reacción de (1) diisocianatos con dioles de cadena corta (los llamados extensores de cadena) y (2) diisocianatos con dioles de cadena larga . Al variar la proporción, la estructura y/o el peso molecular de los compuestos de reacción, se puede producir una enorme variedad de TPU diferentes. Esto permite a los químicos de uretano ajustar la estructura del polímero a las propiedades finales deseadas del material.
Una resina de TPU está formada por cadenas poliméricas lineales en estructuras de bloques. Dichas cadenas contienen segmentos de baja polaridad que son bastante largos (llamados segmentos blandos), que se alternan con segmentos más cortos y de alta polaridad (llamados segmentos duros). Ambos tipos de segmentos están unidos por enlaces covalentes, de modo que en realidad forman copolímeros en bloque. La miscibilidad de los segmentos duros y blandos en el TPU depende de las diferencias en su temperatura de transición vítrea (Tg) [1] que se produce al inicio del movimiento segmentario microbrowniano, identificable por espectros mecánicos dinámicos. Para un TPU inmiscible, el espectro del módulo de pérdida muestra típicamente picos dobles, cada uno de los cuales se asigna a la Tg de un componente. Si los dos componentes son miscibles, el TPU se caracterizará por un único pico ancho cuya posición se encuentra entre la de los dos picos de Tg originales de los componentes puros.
La polaridad de los trozos duros crea una fuerte atracción entre ellos, lo que provoca un alto grado de agregación y orden en esta fase, formándose zonas cristalinas o pseudocristalinas situadas en una matriz blanda y flexible. Esta denominada separación de fases entre ambos bloques puede ser más o menos importante, dependiendo de la polaridad y el peso molecular de la cadena flexible, las condiciones de producción, etc. Las zonas cristalinas o pseudocristalinas actúan como enlaces cruzados físicos , que explican el alto nivel de elasticidad del TPU, mientras que las cadenas flexibles impartirán las características de elongación al polímero.
Sin embargo, estas "pseudo reticulaciones" desaparecen bajo el efecto del calor, por lo que los métodos de procesamiento clásicos de extrusión , moldeo por inyección y calandrado son aplicables a estos materiales. Por lo tanto, los desechos de TPU pueden reprocesarse.
El TPU tiene muchas aplicaciones, incluidos paneles de instrumentos de automóviles, ruedas giratorias, herramientas eléctricas, artículos deportivos, dispositivos médicos, correas de transmisión, calzado, balsas inflables, mangueras contra incendios, puntas de peso amortiguador y una variedad de usos en películas, láminas y perfiles extruidos. [2] [3] El TPU también es un material popular que se encuentra en carcasas exteriores flexibles de dispositivos como teléfonos móviles y protectores de teclado. [4]
El TPU es bien conocido por sus aplicaciones en revestimientos de cables y alambres, mangueras y tubos, en aplicaciones de revestimiento textil y adhesivo, y como modificador de impacto de otros polímeros. [5] También se utiliza en películas de alto rendimiento, como estructuras de vidrio resistentes a altos impactos .
El TPU es el elastómero termoplástico utilizado en la impresión 3D por deposición de filamentos fundidos (FFD). La ausencia de deformaciones y la falta de necesidad de imprimación lo convierten en un filamento ideal para impresoras 3D cuando los objetos necesitan ser flexibles y elásticos. Dado que el TPU es un termoplástico, se puede fundir con el hotend de la impresora 3D, imprimir y luego enfriar hasta convertirse en un sólido elástico. Los polvos de TPU también se utilizan para otros procesos de impresión 3D, como la sinterización selectiva por láser (SLS) y la impresión 3D por inyección de tinta . También se utiliza en grandes máquinas de moldeo por inyección o extrusión verticales para imprimir directamente sin el paso intermedio de extrusión de filamentos o preparación del polvo.
Las propiedades del TPU disponible comercialmente incluyen:
Las TPU disponibles actualmente se pueden dividir principalmente en dos grupos, según la química del segmento blando:
Las diferencias entre estos dos grupos se detallan en la siguiente tabla.
Tabla 1: Principales diferencias entre el TPU basado en poliéster y el TPU basado en poliéter. [6]
(A = excelente; B = bueno; C = aceptable; D = malo; F = muy malo)
El TPU es la opción adecuada cuando se requiere flexibilidad a bajas temperaturas y/o un elastómero termoplástico (TPE) resistente a la abrasión. El TPU a base de poliéter es ideal en los casos en los que se requiere una excelente resistencia a la hidrólisis y a los microbios, así como en los casos en los que es importante una flexibilidad extrema a bajas temperaturas. El TPU a base de éster es ideal en los casos en los que es más importante la resistencia a los aceites y las grasas.
Cuando se requiere un color de luz estable y un rendimiento que no amarillee, se utiliza TPU alifático basado en isocianatos alifáticos.
BASF ha sido pionera en la reticulación durante la transformación de TPU, lo que es posible gracias a la adición de reticulantes líquidos o al uso de un masterbatch de aditivos granulados sólidos . BASF, Merquinsa-Lubrizol y GRECO han desarrollado un TPU biológico de origen vegetal para aplicaciones de elastómeros termoplásticos ecológicos , comercializados como Elastollan N, Pearlthane ECO e Isothane respectivamente.
El TPU puede contener siloxanos , algunos de los cuales son considerados sustancias muy preocupantes por la Unión Europea. [7] [8]